地球化学家们总是支持这样一种观点，即从中生代到现代的互亿年以来，伴随海底扩张速率的减慢，大气的CO。含量也在降低。6600万年以前的白查纪末期，随着当时的恐龙及半数其他属种的生物的灭绝，海底扩张的速率开始变慢。

　　人们已撰写了大量文章来解释这些奇妙物种的结局，而有关恐龙灭绝的各种解释既包括生物竞争、疾病及其他一些"内在"原因，也包括地球与一颗直径约10千米的小行星或管星之间的巨大撞击。这样一次猛烈撞击所引起的爆炸可以将大量的物质抛向大气圈，遮挡太阳光数月乃至数年之久，从而削弱地表的光合作用，在陆地产生冰冻温度（所谓的小行星冬天）。碰撞的冲击波还使大气产生足够的硝酸，从而使海洋酸化。所有上述效应还可以使地球暂时摆脱臭氧层的影响，强烈改变大气圈的温室特性。外界的灾变所带来的致命的联合干扰作用，可以毁灭当时所有的恐龙和半数其他属种。虽然人们对这一解释的细节尚存较大争议，但这一解释总的来说似乎是合理的，甚至被广泛接受。当20世纪90年代早期，人们在尤卡坦半岛"发现了据信是这样一次撞击事件的冲击坑的痕迹时，这一解释的可信度大大增加了。

　　尽管有各种灾变事件的出现，如果说地球的气候在过去1亿年以来只是变冷，严格来说这种说法是不正确的。因为地球在自1亿年前演化至今的历史中，既有相对温暖的时期，也有相对寒冷的时期，其中有些时期可延续数百万年（见图1．l）。无论如何，曾经生活在海底的浮游生物化石的化学成分，可被用来估计这一地质历史时期的海底水温。在过去1亿年间，海底水温似乎最多降低15t"才达到现今0"C左右的全球平均海底水温。同时海平面降低了数百米，各大陆则漂移到现今的位置。大部分内陆海洋消失了，有一部分残留至今日，如波斯湾，地表温度平均下降了10C左右。大约在150O万年至200O万年之前，随着南极洲和南美洲之间的德雷克海道的打开，南极洲开始发育永久冰盖。如前所述，有些学者推测，由于这一大陆和洋底形态的地理格局的改变而得以形成的环南极洲洋流，使得以前曾抵达南极洲大陆岸线的温度较高的洋流开始远离南极洲，而早先的这种暖洋流，则曾经阻止现代南极洲那样的大陆冰盖的形成。另外一些学者则推测，是由于新生代大气CO。浓度的降低，才使冰盖得以在南极洲大陆上逐步发育起来。

倾斜的地球

　　大约200一300万年以前，覆盖北冰洋的永久冰盖已经形成，古气候记录则开始显示大约4万年为一个周期的明显的热胀冷缩交替时期。4万年是一个有趣的数字，因为它大约相当于地极从与地球轨道面呈大约22．5度交角的位置摆动到24．5度交角的位置所需的时间。目前，地轮的倾斜角度是23．5度，相当于现代北回归线和南回归线所处的纬度。在数千年后的地图上，我们将需要把这些重要界线的位置往赤道方向移动数十千米。在物理上，这意味着地轴的倾角将减少，而冬季和夏季之间的温差将减少数个百分点。

　　冬季和夏季之间阳光数量的改变或许影响着冰川期的开始或终结（特别是在可以发有巨大冰盖的局北纬地区），这一观点长期以来一直被人们所推测，而最近又有人对之进行了计算，这就是所谓的米兰科维奇"（Milankovitch）机制。最有趣、或许也是最令人困惑的是；人们发现大约在60一80万年前，极端寒冷期和温暖期的主要旋回周期，转变为各间冰川期高峰之间的10万年周期（尽管4万年的周期仍不太明显地存在着）。最后一次主要冰）l问大约在1万年以前结束。2万年前，北欧和北美的大部分地区覆盖着与其现代海拔高度相当的互．64千米问英里）厚的冰盖（图2．2）。冰川在全球各地的高原和山脉中扩大。热带雨林范围收缩，而沙漠则在扩展。大量的海水以冰的形式被限制在大陆上，使得当时的海平面与现代相比下降了100余米。巨大的冰原蚀刻着陆地，塑造着地形。全球范围内平均比现代低约了C一7℃的冰川期温度改变了地球的生态面貌。为什么在大约80万年前，10万年级别的周期主宰着更短更弱的间冰川期旋回？为什么在数百万年前存在着气候的冷暖旋回？尽管目前已有一些令人鼓舞的观点和计算结果，但围绕上述问题的明确答复仍有待探寻。

远古的空气

　　地球科学在过去20年间所取得的最有趣的发现之一来自格陵兰和南极的冰芯。雪降落至这些冰冻的大陆上，当雪压实成冰时，雪颗粒之间的空气最终以气泡的形式被封闭在冰中，其中有些气泡已有20万年的年龄。

　　科学家们将数百个5米长的冰柱从2000一3000米深处带至地表，然后通过雪上飞机将这些冰柱运到岸上，从这里再长途运输到法国、瑞士、丹麦及美国的一些实验室中，用来进行冰芯及气泡的化学成分分析。这些冰芯为我们提供了地球大气圈历史的记录，其时代可以回溯至10一20万年前的祖先尼安德特人时代。

　　在实验室内，这些被切成条状的冰芯在密封的器皿内进行融化，气泡内释放出来的气体被一些灵敏的仪器所检测。通过这样的工作，我们可以知道，古埃及和阿纳沙兹印第安

由于与L述多重相互作用反馈机制有关的因素的不确定性，要估计下一世纪全球变热的速率仍是相当困难的。将用于预测未来气候的同样的气候模型应用到白尘纪中期或冰川期一全新世过渡时期，可以为我们提供一定的佐证作用。科学家们的确是这么做了，而且发现在进行地质时代的古气候变化模拟以及未来气候变化的预测过程中，这些气候模型相对来说有一致的表现。虽然这是一条有价值的证据，但它并不能对模型所作的地区性预测的细节加以证实或否定。

　　如果CO。含量在未来50年内翻一番，将会出现何种后果？纽约大学的马丁·霍弗特（Martin Hoffert）及劳伦斯·利弗莫尔（Lawrence Livermore）国家实验室的柯特·科维（Curt Covey）等科学家，对未次冰盛期与现代这两个时期的CO。及甲烷含量差别与气候之间的关系进行了研究。他们的结论是，如果增加了1倍的CO。使地球的温度升高ZC一2．5C（此值处在前述流行预测值范围的中间），则气候之间的差异正好可以据此来解释。

　　冰芯记录（见图2．3）表明在过去的大约1万年间（人类文明时代），气候、CO。及甲烷的含量保持相对的稳定。在过去的两个世纪（工业革命时代）以前，温室气体的化学成分也几乎不变。全新世时期，伴随从本次冰）；1期到现代间冰川期的5000年的过渡时期，全球温度平均升高SC和海平面上升100米，此后地球的生态系统和生物聚居地，即以我们今日所知的面貌出现。大自然化了大约5000一10000年的时间，才将北美洲和欧洲的大部分地区以及高纬度海区被冰所覆盖的地表景观，转变为目前的主要在两极陆地和海区以及高山地区才出现终年冰盖的地表景观。由于这一转变正好对应着SC左右的全球变暖，我们因此可以估算全球自然的、持续的稳定变化速率约为IC／千年（请记住这一数字，我们在后面还将多次提及这一数字）。我已经指出过，这些变化足以使物种的聚居地和聚居的物种环境发生急剧变化。它们或许还导致了诸如猛局象和剑齿虎这类动物的灭绝。

盖亚假说还是共同进化

　　在某些方面及某些规模上，生命对保持稳定的气候变化起到了促进作用。然而，在从间冰川期到冰川期或从冰川期到间冰川期的过渡时期，生命所起的作用似乎是加速了（而不是减缓了）气候的变化。这种复杂性使我在20世纪80年代，将其与18年前生态学家保罗·埃利希和彼得·雷文（Peter Raven）所命名的一种生物过程相类比。两位学者的研究阐明了两种相互作用的物种的共存，是如何导致与它们相异的另外一些进化路径。他们称之为共同进化。

　　我觉得，气候与生物的共同进化是一个合适的类比。换言之，如果缺失其中任何一方，生物以及包括气象要素在内的无机环境，将会在地史时期遵循与它们所曾经历过的完全不同的进化路径。共同进化在正反馈或负反馈之间并没有特殊的倾向性要求，它需要的仅仅是相互作用，而地球的化石和沉积记录无疑成为这种相互作用的见证。

　　最后，如果允许人类将自己视作生命（即生活着的自然系统）的一部分，那么，我们可以说，人类对地球的集体作用，完全可以成为地球未来的一个重要的共同进化因素，这种集体作用被某些研究者称为"工业代谢作用"及新的工业生态学。（有关这种作用好坏与否是一个价值问题，对此我们将在本书的结束部分予以讨论。）

　　目前人口的持续增长趋势、对高质量生活水准的渴望以及为了达到这些以增长为导向的目标而采取的技术和组织方式，均促进了被经济学家称为残余物（residuals）（而我们大家称之为污染）的副产品的产生。

　　在这些地质时代内的全球规模的自然实验中，没有一个实验能够精确地与目前正在进行的由人类活动引起的全球变化实验相比较。因此，我们仍无法提供决定性的证据来证实我们的预测是对的。这些实验只是积累一些恰如其分的证据，使得我们目前的预测至少是合乎情理的。它们当然也证实了我的看法，即为了对地球未来的气候变化进行关键的预测，以认识地球生态系统及人类的命运，我们必须从陆地、海洋、冰盖中挖掘出尽可能多的地质、古气候和古生态记录。不幸的是，一些目光短浅的政治势力常急功近利，削减这些似乎深奥难懂的研究的费用。

　　上述记录是地球自然历史的图书馆。它们提供了一种背景，对照这种背景，我们可以调整目前仍显粗糙的手段来洞察模糊不清的未来，而这种未来正遭受着来自人类的日益增强的影响。

第三章 是什么引起气候变化


　　模拟是一种手段，它是我们用来预测未来变化或借以解释过去曾经发生过的事件的重要方面。为了检验模拟对于描述实际古气候事件的各种数据的适应性，了解过去曾经发生过的事件的某些重要方面是关键所在。这样的检验，将有助于科学家了解，如何使用来自这些模型的有关信息以及如何去证实他们的预测。我们因此也将能在进入新世纪之际，更好地对面；临的大量公共政策问题进行评价。遗憾的是，已知的气候模式可能未能包含所有的未来条件，而我们的各种模型尚未能针对迥异于已知气候模式的各种情形进行较好的调整。因此，我们仍需继续寻找进一步检验模式的各种途径。我们所拥有的用以进行这类检验的最好的物理实验室，并不是那种由玻璃和钢材构筑而成的实验室，而是地球本身，特别是我们所掌握的有关地球历史时期的知识。是上下涨落还是衡稳趋势
　　可以在各种不同的尺度上对气候进行模拟，这些时间尺度可以从数千万年（例如，白至纪的时间尺度）到10万年（如冰川期、间冰川期的交替变化），抑或数年。

　　为了了解并可靠地预测全球变化，需要进行许多不同时间尺度的模拟。与地球系统科学有关的全球变化问题，主要考虑的是人类引起的气候变化。根据全球气温记录，并进行适当平均，显示自19世纪中叶以来全球温度上升了大约0SC（图3．1）。有人仍坚持认为这一变热趋势，特别是20世纪80一90年代创记录的变热，仅仅是一种自然涨落。因此，对各种时间序列下可以识别的特征变化类型进行分析，或许会提供一些帮助。

　　其中一种变化是这样一种周期性变化：时间序列围绕某一均值上下摆动。

　　还有一种可能是在两个长期均值之间的跳跃性变化。例如，当一座火山喷发时，抛向平流层的硫酸烟雾将阻挡部分太阳光，并引起地表的快速冷却，这就是一种跳跃性变化。地表的变冷效应通常可以保持1年左右，然后温度在一个数年的变暖趋势中呈逐步升高趋势。1991年菲律宾的皮纳图博火山的喷发就是这一情形。

　　在长期的上升趋势中也可以出现短期的下降趋势。在过去100年间，全球表面温度经历了一种整体的上升趋势。叠加在这一上升趋势之上的，是一些数年或数十年的温度"反弹"。这些反弹是一些自然的、随机的涨落过程，还是由一些可以确定的气候系统以外的外界营力（不管它们有多么小）引起的？如火山尘埃、太阳辐射变化及人类活动等。对此，研究人员和气候观测者们仍争吵不休。

　　一个有趣的假想例子是这样一种时间序列，在该序列中，虽然温度的长期平均值是恒定的，但随着时间的推移，序列内的变异增加了。例如，温度下降到OC以下仅仅几个小时，就足以使一棵玉米夭折。对这棵玉米来说，温度越过冰冻这个门槛就是一次大事件，不管这种温度仅仅是一种随机的涨落变化还是代表了一种真实变化的趋势。同样，一只鸟或一只昆虫死于30C以上的高温所预示的是一种变异程度不断增加的趋势，对这些动物来说，这是一件相当大的事件，但是，对一个只关注温度的长时期变化的气候学家来说，他并不会将此视作是一种气候变化。同样，对于那些老年人或流浪者来说，仅仅几天的酷暑即可置人于死地，有如1995年7月热浪袭击芝加哥时所发生的悲惨事件一样。

　　科学家们总是在寻找变异背后的种种原因，如果这些原因是可靠的，它们将有助于科学家们在涨落中区分出真正的变化。正如我曾经指出的那样，过去的气候是多变的：有冰川期、有延续数千万年的无冰时期、甚至还有一二十亿年大气中缺失或极少含有氧气的时期。与现代相比，各大陆曾处在不同的地理位置，来自太阳的能量也不一样，而大气的成分亦有差别。换言之，地史时期的一些天然"实验"曾见证了一些尺度极大的变化，在许多情形下，甚至比人类在未来几十年内通过改变大气化学成分所能施加的影响还要大。但是，与人类所可能施加的影响相比，这些巨大变化的自然速率通常（但不完全是）要缓慢得多。要预测气候，我们不应仅仅局限于寻找验证的手段，我们还需要识别、分析促使气候变化的各种因素，这些因素被称为"气候营力"。

循环

　　地球轨道形状控制某时某地抵达地球的阳光数量，它就是一种气候营力。比如，来自太阳的热量促使了季节的变换。基本的大气循环是由太阳营力来驱动的。当阳光照射进来时，其中一部分阳光立即被反射回太空，这种反射绝大部分是由云、沙漠和冰盖来完成的。地球的这种反射阳光的能力又被称为反照率，它决定了所吸收的太阳能的数量。人造卫星观测所得地球整体的反照率为30％左右。

　　因为地球呈球形，其表面积的50％位于南纬30C线和北纬30C线之间。地球的形状使得阳光直照热带地区，而在高纬度地区则以一定角度斜向照射，这使得热带、亚热带等低纬度地区所吸收的阳光远远超过50％。结果使得热带地区被过分加热，而极地地区则吸收较少的热量。

　　但是，如果控制气候的仅仅是太阳的辐射，那么，赤道地区的过分加热应使该地区变得更热，而极地地区冬季光照的缺失则会使它变得更冷。因此，必须还有其他一些过程在起作用。其中一个明显的过程就是活动的流体（特别是大气和海洋）使得热量围绕地球不停地发生转换。

　　热空气在热带地区上升，然后向上、向外迁移至更冷的区域，最后在数千千米之外下沉到极地地区。伴随着热空气的运动，出现一股与其并列或位于其下方的流向赤道的回流。这种循环被称为哈得莱环流（Hadley Cell）。地球是一个旋转的球体，这一事实将使空气的流动轨道发生偏斜，这又使问题进一步复杂化。

　　如果你借助一团空气旅行，首先向L，然后向极地移动，在北半球，你的运行路线将向有偏转；而在南半球，你的运行路线将向左偏转。事实上你本身的轨迹并没有发生偏转，只是相对你底下旋转着的地球来说，你的轨道才显示出偏转。北半球的旋风是逆时针旋转，南半球的旋风则是顺时针旋转，也是由于这一原因。旋风中心的气压要低于其边缘的气压。这样，涌向中心低气压区的气流在北半球向右偏转（逆时针），在南半球则向左偏转。卫星照片上这些风暴的螺旋型形状，就源自于这些偏转和风掠过地表所引起的摩擦力的联合效应。加斯帕尔·德·科里奥利（Gasparde Coriolis）数世纪以前，即在一个数学方程中描述了这一偏转现象，因此它又被称之为科里奥利效应。由于科里奥利力使得热带地区上升的热空气发生偏转，在南、北半球的低纬地区出现的是西风（即风从西边吹来）。

　　大气圈内任何两地的温差产生了风。这种温差反过来还产生了密度和压力的差异，从而导致空气上升、风等现象的出现。急流在夏季相对较弱，但它在冬季则要强得多，这是由于在冬季虽然极地气温下降，但热带地区的气温相对来说终年保持温热。因此，在冬季，高纬和低纬地区之间的温差达到最大，哈得莱环流更强，更多的空气和热量由热带传送到两极，循环更加活跃，急流更加多变，且更靠近赤道的位置。

　　当大规模的环极地风相对于旋转的地球达到一定的速度时，它们将变得不稳定。如果急流不稳定，它们将分裂成高压和低压涡流，后两者也被称为气候系统。大气遵循质量、动量及能量守恒的物理规律，可以用一组方程来表达这些规律，这些方程的解可以用来对运动着的气候系统的行为进行数学模拟，而这正是理查森在20世纪20年代试图引进的革命性方案。这些模拟解释了为什么中纬度地区的气候模式通常每隔数天就发生变化，而热带地区（有时包括中纬度地区）的气候模式有时可以连续数月保持稳定。

　　急流的位置对局部的或区域的气候条件来说至关重要，因为它控制着风暴的形成，并分隔热带气团与极地气团。

　　你肯定听说过非洲、南美洲及亚洲的季风（在北美洲则有一相对较弱的季风）。从冬季到夏季，海水表面温度只有少数几度的变化，这是由于浩瀚的海洋也是一个巨大的聚热体，它拥有科学家们所指的巨大的赌热能力（或热容）。陆地就不同了，由于其热容要小得多，其温度在季节之间可以出现数十度的变化。因此，相对于各自的周围地区，亚洲、非洲及南美洲大陆的中央部位的温度，在夏季真的升高了。被加热的空气在陆地上升。与此相伴，来自海洋的充满了水分的空气吹来填补热空气上升所留下的空间。其结果就是夏季风的出现：它带来的降雨维持了这些地区的自然和人类的生态系统。

　　海洋温度的另一个常见模式是美洲大陆西海岸外侧的上升冷水流。其成因是当风掠过海面时，两者之间的摩擦产生了水流。沿着北美西海岸，通常来自西北方向的风似乎在将海水挤向海滨。但由于海洋中科里奥利力的作用，实际上发生的是北半球的海流发生向右的偏转。也就是说，来自西北方向的风，在北半球将引起海流的向右偏转，从而实际上导致海水离开西海岸。随着表层海水向西南方向发生偏转（亦即偏离海岸），来自深部冰冷得多的水体就顶替上来。这就是为什么人们甚至在仲夏的加利福尼亚海边游泳时，仍需穿紧身保暖潜水服的原因。这种上升水流含有丰富的营养成分，因此它支持了丰富多彩的海洋生态系统。

　　除了季风雨及北美洲和南美洲海岸外的上升冷

内因还是外因

　　在谈及气候变化的原因时，我曾指出需要区分两类基本的原因：内因及外因。"外"意味着由系统外引起，且不大受系统内的变化的影响，但是外部过程并不一定非得在地球之外（如太阳之于地球）发生。如果我们讨论的焦点是一星期时间尺度上的大气变化（天气），那么，产生CO。的海洋、陆地表面、生物群及人类活动都是外因，因为这些过程并不会因为短期内的大气变化而遭受较大影响。但是如果我们讨论的是几十万年尺度的冰川期、间冰）11期旋回，那么，海洋和冰盖就构成内部气候系统的一部分，并且将作为地球气候系统的一个内在组分而发生变化。因此，对一个气候系统来说，何为外因何为内因并非绝对，而是取决于所讨论的现象以及所涉及的时空尺度。

　　以上少数几个例子旨在说明，在电脑模型中，从众多因素中选定某一气候系统的内因及外因是一件复杂的工作。发现混沌理论的先驱者，美国麻省理工学院（MIT）的气象理论学家爱德华·洛伦兹（Edward Lorenz）在20世纪60年代就认识了这一内、外因之争的重要性。洛伦兹注意到，一个复杂的所谓的非线性系统可以有不同类型的行为。非线性意味着一个系统对某一外力的响应，并不与外力大小成正比关系。例如，假如有这样一个非线性系统，当施以1个单位的外力时，它将作出1个单位的响应；如果外力变成2个单位，系统的响应可能将变为6（或1．5）个单位（或者系统将产生崩溃--这是一个非常非线性的响应）。两片阿斯匹林可以治愈一个人的头痛，但吞下一整瓶的阿斯匹林则将致人于死地-一这是极端的非线性响应！

　　有一种反应方式被称为"确定性的"，它意味着系统对外力的响应是以一种一对一的方式（即使是非线性的）进行的。也就是说，一股特定的推力引起一种特定的响应，假使推力加倍，则产生另一种可以预定的响应：推力和响应之间有直接的因果关系。例如，将l％的太阳能反射回太空的火山尘埃，原则上将会引起一次可以确定的特定降温；如果反射回太空的太阳能增加到2％，则会引起另一次特定降温效应（不一定是线性的，但仍可确定）。

　　另一类系统行为是"随机的"，意指系统按某些统计规律运作。例如，一对骰子是非确定性的，因为不存在一种关系能够准确地预测每次扔骰子的结果：每扔一次，出现任何数字的概率是相等的。至少在原则上可以确定一种"统计分布"，它给出一对骰子各面任何组合的概率。许多天气系统即表现出这样一种随机行为，这一因素构成了天气预报中确定降雨概率的基础。

　　洛伦兹引入的这种新的系统行为类型，后来被数学家们称之为"混沌理论"。他指出，某些非线性系统既不是确定性的，也不是随机性的。这类系统有一种围绕某些被洛伦兹称为"奇异吸引子"的状态聚集的趋向，冰J；D期和；和冰川期就是这样的一些状态。人们还识别出自然界其他许多混沌行为的例子，包括玩具气球在天空中的飞行轨迹及不规则的热津动等等。

　　气候记录是由内在的还是外部的原因引起？气候这一复杂的自然系统是确定的、随机的、混饨的，抑或是在不同的环境下以上三种状态均可出现？科学界围绕这些问题展开了激烈的争论。

　　外在因素及系统的确定性意味着可预见性。例如，位于太平洋大岛夏威夷海拔逾3000米处的冒纳罗亚（Manna Loa）天文台，有一个太阳光检测器。一般情况下，检测器观测到实际上有93．5％侵入到大气圈顶层的太阳辐射能最终抵达该处地表。然而在1963年，抵达冒纳罗亚天文台的太阳能数量有一显著的降低--下跌了几个百分点。这事实上是巴厘岛的阿贡火山喷发所致，火山喷发将SO带入平流层，SO。在平流层中通过光化学作用转变为硫酸微粒，扩散至全球，然后在大约8年时间内缓慢降落。这一尘埃在大气层下层将这一部分太阳能反射回太空。地球因此将变得更冷，事实上这确实降低了十分之几摄氏度（见图3．二）。回落时分，由于高空烟雾颗粒的作用，天空重新变亮，添以浓浓的紫红色，使日落时的火山壮观醒目。1983年，墨西哥境内的一座名叫奇切思的火山发生喷发，将火山顶部相当大的岩块掀走。火山灰本身并不会引起明显的气候变化，因为它在几星期内即可从大气圈下层降落地表，从而给当地居民带来灾难。引起气候变化的真正因素，是火山喷发带人平流层的SO。。

　　或许是1991年菲律宾皮纳图博火山喷发的一个结果，1992年和1993年，全球平均地表温度比往年要低0ZC。事实上，1992年是此前连续6年来第一年没有出现破高温天气的记录。随着火山尘埃消散殆尽，1994年和1995年的地表温度又恢复新高。

　　土地利用是另一个必须加以说明的外部气候育力。例如，如果人类对亚马孙河西林区以一个较快的速率进行森林滥伐，气候将会因之产生何种影响？对此，人们目前正在进行许多模拟研究来试图加以确定。由于树木具有可将水分吸至土壤深处的根部的功能，森林地区比不毛之地要蒸发更多的水分。树叶通过微小的气孔呼吸CO

第四章 模拟人类引起的全球气候变化

　　1628年，瑞典国王、瓦萨王朝的古斯塔夫·阿道夫（GUStt VAdolf）急切地想建立自己的造船业，他想要造出一批战船用来进攻欧洲。
　　那年8月，第一条名叫"瓦萨号"的船下水了。"瓦萨号"开始其处女航的时候，船上有64门青铜大炮和130位船员。在船离开港口前，突然出现一股暴风把船推向码头，结果水从较低的那些炮眼漫进船内。船沉入港口，船桅尚未完全沉没，旗帜还在那边飘着。有50位船员丧生。

　　300多年的时间，"瓦萨号"一直躺在斯德哥尔摩港口30米深、海水微威的波罗的海海底。1961年它被打捞起来时，意外地发现完好如初，因为海水的咸度防止了令人讨厌的海蛤对它的损害。安德斯·弗朗兹（Antlers Frame）是帮助挖掘这艘瑞典战舰的海洋考古学家之一。他在1962年写到，没有证据表明"瓦萨号"设计有问题或者航行不当。弗朗兹说："合理的推测是这场灾难起因于大炮、压舱物和其他重物在船上位置分布不当。"

　　也许，如果建造"瓦萨号"的工程师们预先造一个缩小的模型，来检验它在有风情况下重物处于不同位置的稳定性，它就不会在后来沉没。这样一种模型可以揭示，大炮的位置可以在船的重力中心和浮力中心之间产生一种不稳定的关系。今天的造船技术，不仅依赖物理上的船模作实验室用的测试模型，而且还依赖数学模型用存储在电脑记忆库中的方程式来处理船的形状和重量。这些模型模拟真正的船在海上和出海前的表现。工程师和科学家利用物理和数学的模型，主要用来进行那些过于危险、花费昂贵、或者不可能用实物进行的试验。

　　要模拟地球的气候，模拟者需要决定应该包括气候系统的哪些要素，需要考虑哪些变量。如前面已经提到，如果我们选择模拟冰川期和间冰川期的长期结果，我们的模型，就需要明确包括过去百万年来气候系统中各种重要要素的影响，而这些要素之间又是相互作用的。

　　地球系统科学家的问题，是要从许多可能的外部因素和内部因素中定量地区分出因果联系。这是一种充满争议的努力，因为有那么多的子系统存在和同时有那么多的因素在起作用。由于这样一种复杂性，因此如果你不喜欢模拟结果，你就非常容易找出碴儿。但是，如我们将要看到的，尽管有争论，模型却可以用现实情况进行检验以增加对一般性结论的可信性。

　　那么，我们怎样来做到这一点呢？首先，科学家要查看温度、太阳辐射、臭氧层等变化的观察资料。这使我们鉴别出变量之间的关系。关系并不必定是因果的，因为一个事件发生在另一事件之后，并不因为前者是由后者引起。对于有把握的气候预报，我们不仅必须说明发生关系，还必须解释它是怎样的以及它为什么会发生。特别对于那些无先例可以参考的情况，理论性的而不是纯经验的方法更合乎要求。然而，观察所得到的变量之间的关系可以产生一个问果性假说，即可以用进一步的观察资料进行检验的"定律"。这种检验常常涉及到将电脑数学模型的模拟与各种经验性的观察数据（现在的和古气候的）进行比较。

　　这就是将科学方法典型地应用于气候模型的过程。当一个模型或一组相关的模型的模拟看来可行的时候，它们就会被套用到像预料中的人类对全球变化的影响这类"史无前例"的变化上，并要求对未来的气候、臭氧层、物种灭绝速率等等作出预测。这就叫做"敏感性分析（sensitivity analysis）"，因为这种模型是用来估计气候对于大量的"如果……那么……"事件的敏感性。这些模型成为检验各种行星级别试验的实验室，我们（我希望）不要让真正的地球来充当这样的实验室。

　　最全面的天气模拟模型能产生整个地球温度、风、湿度、云和雨水的三维细节。由这样的电脑模型（称为大气环流模式或GCM）产生的天气图往往看起来很逼真，但它不可能每一个细节都真实无误。模拟南北半球尺度到次大陆尺度的大规模格局，通常要比模拟区域或局部规模格局的失真性要大些。要做一个电脑产生的天气图，我们需要解六个描述大气中流体运动和质能守恒定律的偏微分方程。这些方程在气象学中叫做"初始方程"。原则上，这似乎木存在什么问题。因为我们从几百年的实验中知道这些方程是有效的。这就是说，我们知道这些方程反映了流体运动和质能关系。那么，为什么电脑模型不是大气行为的完美模拟呢？对此有两个解答。

　　一个解答是：从一张天气图（称为"初始条件"）导出的天气演变不可能确定10天以后的情况，甚至可以说，尽管存在各种商业的长期天气预报，不过原则上根据卫天内的天气情况不可能精确地确定10天以后的情况。（要记住，任何人都可以进行预报，但为了证明预报的准确性而不是发布预报，却花费了大多数科学家的时间。）但是，由洛伦茨发现的混饨动力学，虽然原则上排除了做超过一个星期时间的正确天气预报的可能，却原则上不排除可以正确进行长期

虽然地球表面的大部分以及云层＊常接近一个黑体，但大气中的气体却不是。当地球表面的近黑体辐射向上进入大气圈时，它们就遇到了气体分子和烟雾粒子。水蒸气、二氧化碳、甲烷、氮氧化物、臭氧和地球气志被盖中的许多其他微量气体，往往是高度选择的（但往往又是高度有效的）地球内部红外辐射的吸收者。

　　不仅如此，大多数云层也吸收差不多所有增到它们身上的红外辐射，然后它们以云层表面的温度（大多数时间要低于地球表面温度），像黑体似地再次辐射能量。

　　大气圈传导地球向外红外辐射的能力要小于传导进入地球的太阳辐射的能力，这只是因为大气分子和烟雾粒子（包括云滴）的物理性质，平均看起来倾向于更多地传导太阳辐射而不是地球辐射。这些性质导致了以温室效应为特征的大规模表面增热。通过这种效应，大气圈使得相当数量的太阳辐射渗入到地球表面，然后捕获（更准确地说是以较低的能量拦截和再辐射）来自地球表面和大气圈下层的向上的地球红外辐射。向下的再辐射进一步强化了表面增热，32t？的自然温室效应主要就是由于这个原因而产生的。这不是一个推测性的理论，而是一个已经得到很好理解和充分检验的自然现象。
最重要的温室气体是水蒸气，因为它是最丰富的微量气体，也因为它吸收大部分红外光谱的地球辐射。二氧化碳是另一类主要的微量温室气体。虽然，它吸收和再辐射的红外辐射比水蒸气要少得多，但由于它的浓度与人类活动有关而引起最强烈的关注。如我们已经提及，臭氧、氮氧化物、硫氧化物、某些碳氢化合物，甚至某些像氟利昂这样的人造化合物也都是温室气体。它们对气候影响的程度，取决于它们在大气中的浓度以及这些浓度的变化速率。因此，地球的温度基本上是由地球的辐射平衡决定的，在～年的时间里，地球对太阳辐射的吸收与气候系统向外的地球红外辐射接近抵消。由于两者的数量都是由大气和地球表面的性质所决定，因此已经建立了一系列强调这些性质变化的重要的气候理论。这些理论中有许多仍然是有待证明的气候变化假说。可以肯定的是，自然温室效应毫无疑问他是建立在合理的科学基础上的，正是自然增热使得气候和生命的共同进化发展成为今天这样的情形。当然，人类对自然温室效应的增强（即全球变暖）到何种严重程度是当下的争论话题。

模型可以证实吗

　　这是一个基本的哲学问题。严格地说，逻辑上的回答是，"不"。正如已经讨论过的，因为人类迫使气候变化的大多数所作所为是没有先例的，因为还没有精确的经验方式，可以证实一个根本就没有经过准确可比性检验的模型。但实践上，仍然有许多事情可以去做--通过检验模型的次级要素和通过检验模型的总体表现。虽然没有经过完备的检验，但它们也决不仅仅是一些允许对模型表现进行主观判断（虽然相关而不是主要）的证据。

　　目前存在着多种类型的参数化表示程序，但其发生的尺度小于现有模型能够解决的尺度，科学家们正在争论哪一种类型最佳。这是一种准确表示大尺度结果的程序（比我们能够精确处理的尺度要小）吗？因此在预报气候变化中，检验模型参数化表示的有效性非常重要。事实上，我们不容易知道这些参数化表示是否"足够好"。我们必须在实验室检验这些表示。这就是对地球进行古气候研究的价值所在。我们还可以通过进行专门领域或模型研究来检验参数化表示，以理解为大尺度模型强调的某些参数化程序的高分辨能力的细节。

　　让我们回到美国的腹地。或许你已经去看过内布拉斯加的沙丘？虽然它们大多数今天已经成为青草覆盖的农地。这些山丘在3000年到8000年前却是满目沙土，因为美国平原的这部分那时是非常干旱的。我们今天知道的衣阿华和伊利诺伊湿润的谷物地带那时更为干旱--古气候学家称之为"高草原半岛"，一个几百千米长的极端干旱的狭长陆地。

　　在全新世以前（大约1．5万年到2万年以前），中西部的任何地方因为气候太冷而根本不可能存在谷物地带。今天在加拿大北方森林北面数百千米发现的具有代表性的云杉树，那时在这个地方是谷物地带占据优势。随着冰盖逐渐向北退却和气候变暖，自然植被的分市发生了变化，迁移、转换并在几百年前发展成为今天这样的格局，即西部平原的草地和东部平原和西北地区的硬木林。

　　在大约3000年到8000年前，那时的夏天温度可能要比今天高出几个摄氏度，在密西西比河谷可以感受到高草原半岛广泛的干旱。如果未来再增温几个摄氏度（这次是作为人类温室效应的结果），内布拉斯加的沙丘会再度沙漠化吗？

　　这种戏剧性的变化对中美洲平原现在的农业或对于北半球类似地区的整个经济可能是毁灭性的。科学家想要发现是什么原因引起了最初的增热，以及环境又是怎样对其作出反应的。如果我们知道这些，那么我们是否有可能运用我们用来预报21世纪增强的温室效应的工具，来"事后认识"高草原半岛的干旱呢？

　　有可能的是，在距今9000年到6000年前

冰川期怎样才能扭转呢7较为可能的思路是：由于气候是如此之冷，以致北纬地带不再能形成大雪，从而停止了冰川的增长。冰川的重量使其下的基岩下沉，从而降低了冰原的高度，使它裸露给相对较热的空气。地球轨道再一次发生变化，从而增加了夏季的太阳光照。所有这些，结合起来就导致了冰川期的消退。随着更多的赤裸的陆地露出地面和植物开始回生，地球吸收了更多的热，这种正反馈把地球很快地导入（因此出现锯齿状模式）间冰川期。1万年到2万年以后又汗始一轮新的循环。

　　当研究者建立气候模型井速入这类营力和反馈性因素时，他们确实可以在电脑的输出端，重现所观察到的冰川期和间冰川期过渡的锯齿状格局。然而，以模型为基础的成功的古气候模拟，仍然只是全球变暖求证实验的相关的而不是主要的证据，因为我们无法确切地知道，所勾勒的这些机制的混合，在自然界是否以我们在模型中所建构的方式发生作用。例如，在过去80万年间占主导地位的10万年的循环，不可能是由地球轨道的偏心率变化所驱动的，因为这个10万年的循环，对于进入地球的太阳能量只能产生微乎其微的变化。最近有人指出，在地球轨道平面倾斜方面还存在着一个被人长期忽视的变化，这个变化，显示对过去60万年中以10万年为周期的冰川期循环有着很好的匹配关系。但是没有明显的机制，可以使得这种匹配看起来丝毫不像是一种奇怪的巧合。一个有趣的假说认为，较强烈的冰川期（包括过去60万年间10万年为期的循环）与西藏高原的构造上隆有关。很明显，冰I！潮理论还不完善，但是在古气候重建和模型模拟的许多方面已经有足够的一致性。

气候的最适条件

　　我已经提及，天文学家已经显示地球的轨道相对于太阳有一个2万年、4万年和10万年的循环。今天，我们在1月份最接近太阳，但在9万年以前我们却是在7月份较为靠近。从现在起的10万年后，我们会再次逆转。我们知道，地球的轨道变化不会改变地球所接受的太阳照射年总量一个百分点的十分之二三，但是轨道效应可以改变纬度上和季节性的能量分布高达10％，即所谓太阳轨道营力。我们完全确信在9000年前的夏季，有比现在多8％的太阳光进入北半球。

　　随着电脑模型研究的最新进展，模型研究者现在已经开始模拟和解释过去气候的这些变化。他们可以从我们关于冰盖变化、大气圈中的粒子、二氧化碳、海平面温度，以及来自太阳的能量等方面知道的一切，把所有这些"营力"输入模型，然后，他们可以产生几千年前的气候是什么样的模拟。

　　研究这些现象的科学家也研究湖泊沉积物中的花粉化石和观察云杉森林如何向北迁移。然后，运用气候模型对古气候变化的预言，加上另一个有关森林如何随温度和降雨变化而变化的模型，他们把气候科学与生态系统科学联系起来。这使得我们能够预言，由模型计算驱动的、温度和降雨随时间变化的生态系统会发生什么变化，并通过将所预言的生态系统变化与野外在花粉化石中发现的东西进行对照，以检验气候模型。一个来自许多地球科学专业的国际科学家工作小组在一个称之为"全新世合作制图计划（CO。HMAP）"的研究计划中已经合作研究有五六年。总体上，他们的许多气候和生态模型与所掌握的资料相比较，在很多方面有着令人鼓舞的相似，但是在个别细节上还不总是完全一致。在一个任意给定的地点和一个任意给定的时间，这些模型在预言某些细节方面还得不到很好的可信性。而且，他们的森林模型，还没有包括冰川期大气圈中的低CO。。浓度对树木生长的直接的生理学效应。

　　于是，基本问题就成为：对模型预言的变化与16万年的自然变化的广泛对比，可以证实过去100年或未来100年，温度上升和温室气体积聚之间的定量因果关系吗？对此还不能肯定，因为仍然存在其他潜在的解释。但是，一致性已经足以认为这种因果联系是极有可能的，我认为有80％～90％的可能性可以相信，在20世纪地球变热与温室气体营力之间存在着因果联系。（参见第六章中其他科学家关于这个问题可能性的个人观点。）证据是充分的，但仍然是相关性的因而不是结论性的--一个适合在特殊兴趣的人群中展开争论的条件。

人类引起的气候变化已经发现了吗

　　我已经提到，温度记录显示20世纪有大约0．5C的增温趋势，同时，CO。、CH。、N对这类温室气体的浓度亦相应增加。许多政策分析者和决策者已经询问：这种伴生关系是一种巧合还是一种因果？简言之，在所观察的温度记录中，是否已经发现了人类引起气候变化的迹象？对这个问题的回答看似简单，但实际上却极其困难--它会引起大量的争论。

　　首先，"发现"某种信号意味着从一个噪杂的背景中把它检认出来。全球平均温度记录，展示有以年计和以十年计的大约0．2"C的波动。它们仅仅是偶尔的噪声呢？还是对像火山喷发烟雾这类现象产生的反应？我认为答案是两者都有。全球温度在1883年（喀拉喀托）、1963年（阿贡）、1983年（埃尔基琼）、1991年（皮纳图博）火

温室效应怀疑论者及其政治同盟军大声宣称模型不适合，是因为观察记录中根本没有清晰的"指纹"。但正如一些气候科学家（包括我自己）在回答中指出的，如果模型是由自然界所承受的同样的一组外部营力所驱动，那么唯一合理的做法是，把自然中的气候变化模式与气候模型中的模式作比较。换句话说，模型不仅需要受到温室气体增加的驱动，而且还必须包括燃烧高硫质的煤和油所产生的烟雾这类潜在重要的区域性冷却效应的影响（在其他的营力中，特别要考虑臭氧变化和生物量燃烧，尽管它们的绝对意义9不如前者）。最近由全球规模温室气体增加和区域规模含硫烟雾双重驱动的模型，显示了完全不同于仅仅由温室气体驱动或仅仅由太阳能量输出变化驱动的"指纹"（气候变化模式）。这些工业形成的烟雾大多数存在于北半球。因此，它们反射掉了一些太阳的能量（特别是在夏季），从而降低了气温。由此可以预料，这些烟雾多少抵消了由温室气体引起的增热程度，而这种抵消大多数发生在北半球。确实，最近在英国哈得莱中心和加利福尼亚劳伦斯·利弗莫尔国家实验室，用CO。和烟雾营力结合所作的模型显示：在南半球有稍微高一点的增热，高纬地区则稍弱一些。平流层仍然在降热--如果把臭氧损耗同时考虑在内就和观察所见相接近。这个"气候指纹"模式，非常接近1960年～1990年间区域性和季节性气候变化的观察模式。这一令人鼓舞的一致，使得政府间气候变化专家小组（IPCC）的几百个科学家在1995年谨慎地断定，现在已经可以说发现了一个真正的气候变化，并且至少它的某些方面可以归之于人类活动。尽管承认还存在许多不确定性，IPCC的总结报告（在为下面这句话的言词表达争论了好几天后）说到："然而，综合的证据显示人类对气候有着可辨别的影响"。仅仅几个小时的辩论就达到了对"可辨别的"这个词的选择，这个词距离我在1976年《创世战略》一书中使用的"可证实的"一词已为时不远。
这个新的"指纹"证据是否为确凿证据，还是仅仅是个不可能的巧合，会引起今后多年的争论。同时，地球这个实验室会继续发掘出答案（实验意义上的）。

　　在气候发现与归因问题上还需要强调最后一个话题。直到最近，气候模型研究者还没有足够的电脑能力，对气候变化随时间演化的过程进行日常计算，以提供几个不同的有关温室气体和烟雾浓度未来发展的故事。这就是，他们没有做过所谓瞬时的气候沉变化说明。（当然，真正的地球正在经历瞬时的实验。）相反，模型习惯于估计，在CO。被人为翻番和保持相对固定，而不是随时间增长而增加之后（就像它在实际中或在一个较为真实的瞬时模型演示中出现的那样），地球气候最终看起来是怎么样（即平衡模拟）。

　　因为巨大海洋的高效储热能力，瞬时模型模拟要比平衡模拟较少展示直接的变暖。然而，这种没有实现的变热在数十年后会最终表现出来。这种热衰变（会诱使我们对气候变化的长期积累产生错误的理解）现在正在用大气圈、海洋、冰川、土壤和生物圈的耦合模型进行解释（所谓地球系统模型，ESM）。早期的用ESM做的这种瞬时计算显示了与地球气候观察资料的更好的一致性。当美国哈得莱中心和德国汉堡马克思·普朗克研究所的瞬时模型，还由温室气体和含硫烟雾两者驱动时，这些随时间变化的模拟，得到了人类对气候影响的更为真实的"指纹"。需要有更多的这类电脑模拟来提供建立对气候模型的绝对的自信，但是科学家现在正在对目前的工作不是批评者一再声称的十足幻想这一点，开始表现出日益增长的自信。

　　然而，像ESM这种非常复杂的耦合系统，在CO。和烟雾等外部干扰，使得它发生非常快的变化时，可能会有不可预料的结果。确实，某些涉及上下数百年的瞬时模型，展现出基本气候状态的戏剧性变化（例如全球洋流中的快速变化）。1982年，我和汤姆森用非常简单的瞬时模型，研究了随时间变迁的气候变化模式是否依赖于CO。浓度增加的速率。对于一个缓慢增加的CO。积累，模型预言：温度增加在两极要大于赤道。

　　赤道一两极温度差异的任何变化都将导致区域气候发生改变，因为温度差异影响大规模的大气气流模式。然而，对于一个非常快的CO。浓度增加，我们发现在南半球的赤道一两极差异出现了逆转。如果这种情形持续数十年，就会在本世纪内引起不可预言的气候情况，或者因此导致气候向新的平衡状态进行调整。换句话说，我们对自然的影响越快越厉害，出现意料之外事情的可能性就越大（其中某些可能是会令人类感到不快的）。

　　经过15年的工作之后，IPCC用下面这段话总结了它的报告：

　　未来不可预料的、大而快速的气候系统变化（像过去曾经发生的那样）就其性质而言是难以预测的。这意味着未来的气候变化还可能会导致形成"意料之外的事情"。这种情况特别会由气候系统的非线性性质引起。当受到快速干扰时，非线性系统特别会出现不可预料的行为。可以通过研究气候系统的

第五章 生物多样性和鸟类的斗争


　　中欧和大西洋中部地区冰川期时代的森林主要是云杉树，而不是像今天株树和枫树这样的硬木树种。很长一段时期，物种群落被认为仅仅是来回发展的。在冰川融化期向北追随冰盖发展，当地球寒冷时回头向南在冰前发展。这种观点自从达尔文时代以来一直非常流行，达尔文相信整个物种群落仅仅是作为整体在随气候变化而迁移。在《物种起源》（The Origin of SPecies）一书中他写道：

　　由于北极的物种先向南后折回北方以与变化的气候保持一致，因J已在漫长的迁移过程中，他｛fi将不会经历太大的温度变化；他公1是作为一个整体迁移的，因此它们的成熟关系未曾受到很大的干扰。因此，与本书中反复强调的原理相一致，这些物种形式未曾受到很大的改变。

　　这种思想保证了气候变化情况下生物多样性得到保持的可能性：物种将会整体迁移和生存。如果整个生物群落仅仅是随气候变化在迁移，那么只要能不受约束地进入迁移过程，物种就可以通过不以丧失多样性（也被称为灭绝）为结果的迁移而适应气候变化。

　　但是这种对群落迁移的期望，由于最近从地球土壤和沉积物挖掘出来的资料而得到了明显的修正。明尼苏达大学的生态学家玛格丽特·戴维斯（Margaret Davis）第一次提出，单个物种对气候变热的反应是有差异的。随后，叫做全新世合作制图计划（COHMAP）的科学家小组，考察了可以回溯到最后一次冰川期最高点的许多种植物的花粉颗粒化石。他们发现像云杉或株树这样的物种，在冰盖融化时确实向北追随冰盖发展，但不是达尔文或大多数生态学家想象的那种以完整群落行进的方式。相反，COHMAP的科学家发现从冰川期向间冰川期过渡的时期，物种以不同的速率甚至以彼此不同的方向进行迁移。你可以说树是在迁移，但老的森林却在消失，因为树、草和植物的成分在过渡中经历了许多独特的和不熟悉的组合--所谓"异同生境"，因为今天根本没有相类似的东西存在。这些生态性质的重新安排也许已经被人归之于最新的灭绝事件：猛妈象、剑齿虎和最后这次冰川期末期其他所谓超凡的巨型动物群的消失。

　　这种"异同生境"也被伊利诺伊博物馆的拉塞尔·格雷厄姆（Russell Graham），看作是小哺乳动物对大约5000年到l．5万年以前冰川期消退的反应。他的发现也使达尔文的观点陷入矛盾。这些发现对于那些高度相信生物多样性在面临气候变化时，可以通过迁移得到保持的人来说应该是具有打击性的，因为它们显示，正常的动物和植物群落在气候引起的过渡期间可以受到扰动，即便是相对缓慢的自然气候变化也是如此（回忆第二章，从冰川期到间冰川期，全球气候变化的平均持续速率为每千年只有大约IC）。

　　换句话说，包括捕食者一被食者关系和在生态系统中创造物种相对稳定分布的其他竞争机制在内的"自然平衡"，在气候变化期间可以受到严重的扰动。因为气候变化可以引起不同的物种以不同的速率作出反应，结果改变了生物群落的结构。这使得一些生态学家担心：由快速气候变化（按现在推测，全球气候平均以每百年为尺度的速率持续变化）引起的生物群落的解体，会加剧物种灭绝的速率。现在的物种灭绝速率被认为已经由于栖息地解体、化学污染，以及非本地（所谓外来）物种的导入等原因而大大加快。

　　密歇根大学的生态学家特里·鲁特（Terry Root）研究了美国过冬鸟类的分布，以寻找其与温度或植物类型这类大规模环境变量的关系。她发现对于东菲比霸哪有类似图5．1那样的明显依存关系。这种鸟冬天向北飞行的范围边界与1月份平均最低温度线非常接近；但是这种有翅膀的动物在气候变化时可以非常快地迁移。这是否意味着全球气候变化与这类反应较快的物种没有干系吗？

　　鲁特发现北美许多过冬的鸟类与温度和植被两者有着相关性。在既定的生理承受能力情况下，温度控制了鸟类可以在向北多远的地方生存；而一定类型的植被对于提供食物、住所或者巢穴是必不可少的。鲁特进一步指出，那些生理上仅仅受到低温限制的鸟类，在天气变暖时可以马上飞向北方。但是那些同时受到栖息地（例如植被类型）限制的鸟类，为了适应空气中CO。增多所改变了的气候和光合作用，也许不得不为它们所需要的植被环境等待几百年才能迁移（如果它们可以的话）。在这个过渡时期，很可能发生生态群落的解体，捕食者一被食者关系的改变，以及长达几百年生态失序的潜在威胁。因为气候从小到ICC、大到可能6C的增热，要让各种物种各自适应气候的变化和直接的CO。递增，需要几百年的时间。这种对自然平衡的干扰很可能加剧生物灭绝，特别是对于那些只有有限的居住范围，并且强烈地与气候变量相关的许多物种。解释今天大多数物种的栖息边界和丰度，一直是对科学的令人生畏的挑战，即使这些物种有长达数千年的稳定的气候和CO。浓度可以去适应。如果地球增热典型地以预测的或较高的速率变成现实，那么担心生态系统的扰动会导致动植物物种群落的解体